Antarktiske isfisk kan lære os om sygdomme i nethinden
Antarktis er det koldeste, tørreste og mest forblæste kontinent i verden.
De fleste kender til nogle af de ikoniske dyr, der bebor kysterne omkring dette ugæstfri kontinent:
Pingviner, der med stor hastighed 'flyver' igennem vandet, men er usædvanligt kluntede på land; store pukkelhvaler, der æder sig fede i de store mængder nekton, der findes i de antarktiske farvande; og glubske søleoparder, der gør kysterne usikre for pingvinerne og mindre sælarter.
Men dybere nede under havoverfladen findes en anden type dyr, som er mindre kendte, men mindst lige så specielle: Isfiskene!
Faktisk kan viden om nogle af isfiskens særlige tilpasninger måske hjælpe os med at udvikle behandlinger for øjensygdomme.
Mere om det senere. For at forstå, hvad der gør isfiskene så specielle, må vi først forstå nogle karakteristika ved det hav, de lever i.
Da Det Sydlige Ishav blev iskoldt
I modsætning til nordpolen, der er et hav omgivet af land (Grønland, Nordamerika og Eurasien), er sydpolen en landmasse (Antarktis) omgivet af et hav kaldet Det Sydlige Ishav.
Sådan har det ikke altid været. I hundrede millioner af år hang Antarktis sammen med Sydamerika, Australien, Afrika, Madagaskar og Indien i et sydligt superkontinent kaldet Gondwanaland.
For omkring 180 millioner år siden begyndte Gondwanaland at bryde op, og Afrika, Madagaskar og Indien efterlod Antarktis og Australien tilbage som ét forbundet kontinent tæt på Jordens sydpol.
Antarktis. Astrolabe Needle, Brabant Island. Et barsk, men også utroligt smukt sted at forske. (Foto: Henrik Lauridsen)
Klimaet i Antarktis var væsentligt mildere end i dag, men det ændrede sig radikalt, da Australien endelig vandrede mod nord og forlod Antarktis for cirka 33 millioner år siden, og forbindelsen imellem Sydamerikas sydspids og Antarktis blev ligeledes brudt.
Da strædet imellem disse to kontinenter, Drakestrædet, var blevet tilpas bred og havet imellem Australien og Antarktis var blevet tilstrækkeligt dybt, opstod der for cirka 23 millioner år siden den Antarktiske Cirkumpolare Havstrøm, en kraftig havstrøm, der bevæger sig omkring kontinentet i urets retning og bevirker, at varmere vand fra mere nordlige himmelstrøg ikke har mulighed for at strømme til Antarktis (se havstrømmen på dette kort).
Gratis foredrag om isfisk
Henrik Lauridsen er med i 'Bestil en Forsker'-ordningen – en del af Forskningens Døgn – og kan til og med 29. marts bookes gratis til at holde et foredrag mellem 24.-30. april.
Det tilbud gælder også for de øvrige forskere i ordningen.
Hør Henrik Lauridsen fortælle mere om Antarktis, isfisk og hvordan vi kan blive klogere på menneskelige sygdomme ved at studere dyr med særlige tilpasninger i foredraget 'Hvad kan hvidblodede antarktiske isfisk lære os om sygdomme i nethinden?', og han kan bookes her.
Dette strømfænomen til sammen med kontinentets placering på klodens sydlige pol bevirkede, at Antarktis frøs til og blev langt koldere end Jordens nordlige pol.
Frostvæske holder antarktiske fisk i live
Det Sydlige Ishav er koldt, rigtig koldt. Frysepunktet for vand med det saltindhold, man finder i dette hav er -1,86 ˚C, og havvandet omkring Antarktis holder da også en næsten konstant temperatur året rundt lige over dette niveau cirka -1.8 ˚C.
Egentlig er det mærkeligt, at der overhovedet kan eksistere fisk ved denne temperatur.
Da saltindholdet i fisk (og alle andre hvirveldyr) er lavere end i havvand, burde de antarktiske fisk faktisk allerede blive stivfrosne ved en temperatur på omkring -0,6 til -0,8 ˚C.
Men det gør de ikke, og det skyldes, at de antarktiske arter af fisk har en særlig tilpasning – de indeholder frostvæske!
Ved at udtrykke særlige antifryse glykoproteiner (et protein bundet til én eller flere kæder af kulhydrater), der formår at binde sig på overfladen af små iskrystaller, så de ikke kan vokse, er fiskene i Det Sydlige Ishav i stand til at sænke deres frysepunkt nok til at eksistere i deres iskolde habitat.
LÆS OGSÅ: Kan fisk tåle frostvejr?
Palmer Station. Den mindste af de tre amerikanske forskningsstationer i Antarktis. (Foto: Henrik Lauridsen)
Isfisken: En bleg outsider
Det Sydlige Ishavs fiskefauna domineres totalt af én bestemt gruppe tilhørende en underorden af pigfinnefisk med det meget lidt mundrette navn: Notothenioidei (fra Græsk notos = syd og Euthenia = gudinde for overflod).
Da næsten alle andre fisketyper, der ikke indeholdt antifryse glykoproteiner, blev fortrængt under nedkølingen af Antarktis, eksploderede diversiteten af notothenioider til at opfylde stort set alle tilgængelige nicher i økosystemet.
Notothenioider varierer i størrelse fra få centimeter til to meter lange kæmper og udgør 90 procent af biomassen af fisk i Det Sydlige Ishav. De er fuldstændig afgørende for, at det marine antarktiske økosystem fungerer, og at der er føde til blandt andet pingviner, sæler og hvaler.
De fleste notothenioider minder i ret høj grad om fisk, vi kender herhjemmefra dog med én markant undtagelse: Isfiskene (familien Channichthyidae).
Navnet på disse fisk stammer både fra det faktum, at de lever i et yderst isrigt farvand, men skyldes også, at disse fisk, som de eneste hvirveldyr, ikke har det røde iltbærende pigment, hæmoglobin, i blodet og derfor fremstår blege og med mælkehvidt blod (se billedet herunder).
Uden hæmoglobin har blodet kun en kapacitet til at bære 10 procent af det normale iltindhold, og derfor har isfisk helt særlige tilpasninger, der muliggør, at tilstrækkelig ilt kan føres frem til kroppens væv.
LÆS OGSÅ: Er blod altid rødt?
Isfisk. Hvor gællerne er røde som i andre fisk hos en rødblodet notothenioid (A, Notothenia coriiceps) er de hvide i isfisk (B, Chaenocephalus aceratus). Også farven og mængden af blod er meget forskellig i isfisk i forhold til rødblodede notothenioider (C, isfiskeblod i sprøjten til venstre). (Foto: John S. Allerding)
Med så lidt ilt til øjnene burde isfisken være blind
Hjertet i isfisk er tre gange større end i andre rødblodede notothenioider af samme størrelse, og isfisk indeholder 2-4 gange mere blod, men kun cirka en tusindedel af antallet af røde blodceller.
Da disse blodceller ikke indeholder hæmoglobin, spiller de ikke den store rolle i transporten af ilt. Det er i stedet blot opløst i blodets væskefase.
Det er svært at forstå, hvordan isfisk er i stand til at forsyne de mest iltkrævende dele af kroppen. Hjernen har en enorm appetit på ilt, men øjets nethinde har en endnu større, faktisk er det den mest iltkrævende struktur i langt de fleste hvirveldyr.
Så kan en hæmoglobinfattig isfisk overhovedet se noget, og hvordan forsyner den i så fald nethinden med livsvigtig ilt?
Det ved vi en lille smule om, men der er stadig mange ubesvarede spørgsmål.
Jagten på den fungerende nethinde i en hvidblodet fisk
Nethinden i en isfisk, der lever ved -1.8 ˚C, har et mindre energi- og dermed iltbehov end i en fisk i tempereret vand, simpelthen fordi stofskiftet er lavere ved lav temperatur.
Det er dog ikke nok til at forklare, hvordan en nethinde kan forsynes med tilstrækkelig ilt i en hvidblodet isfisk.
Man ved fra tidligere observationer, at der tilsyneladende er en del blodkar på indersiden af nethinden i isfisk, men hvor mange, og hvor tæt disse kar dækker nethinden, er aldrig blevet undersøgt systematisk.
I 2018 blev jeg af en amerikansk specialist i isfisk, professor H. William Detrich fra Northeastern University i Boston, inviteret til at arbejde 2,5 måneder på den amerikanske forskningsbase på den Antarktiske Halvø, Palmer Station (se billedet længere oppe), for at kaste mere lys over dette spørgsmål.
Analysearbejdet fra sådan et feltophold strækker sig over flere år efterfølgende, men allerede nu begynder de første mønstre at tegne sig.
Blodkar i nethinden. Dyrerigets tætteste besætning af blodkar på indersiden af nethinden findes i hvidblodede antarktiske isfisk, hvorimod deres nære slægtninge med rødt blod har en karforsyning i nethinden meget mere lig menneskets. (Foto: Henrik Lauridsen)
Det er helt tydeligt, at isfiskens nethinde indeholder enormt mange blodkar (se foto).
Desuden kunne jeg med ultralyd måle en væsentligt større blodgennemstrømning i nethindens inderste dele i isfisk end i de nærtbeslægtede rødblodede notothenioider.
Ved at benytte ultratynde iltsensorer (cirka en tiendedel af en hårsbredde) kunne jeg desuden måle, at disse blodkar afleverer meget mere ilt til denne nervecelleholdige og iltkrævende del af nethinden.
Forskerzonen
Denne artikel er en del af Forskerzonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde. Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.
Forskerzonen er støttet af Lundbeckfonden.
Hvad kan vi bruge den viden til?
Man kan spørge sig selv, hvorfor det overhovedet er interessant at beskæftige sig med nethindens karforsyning hos blege isfisk i kolde vande, udover at det fra et grundforskningssynspunkt altid er interessant at blive klogere på, hvordan verden omkring os fungerer.
Men faktisk er kar-nydannelse i og omkring nethinden en væsentlig faktor i en række menneskelige sygdomme i øjet såsom exsudativ (våd) aldersrelateret maculadegeneration.
Det er en svækkelse af nethindens ydre lag grundet aldring, der fører til karnydannelse bag nethinden og indvækst af nydannede kar i nethindens yderste lag, som resulterer i væskehævelse i nethinden og nedsat syn.
En anden sygdom, hvor kar-nydannelse spiller en rolle, er proliferativ diabetisk retinopati. Her sker der kar-nydannelse på indersiden af nethinden, der har let ved at briste, hvilket medfører blødning på nethindens inderside.
Derfor er det et mysterium, hvordan isfiskene har tilpasset sig til en ekstrem grad af kar-nydannelse i nethinden tilsyneladende uden at lide af de samme skavanker.
Forhåbentligt vil en dybere forståelse af de mekanismer, der er i spil i isfiskens øje, gøre os klogere på, hvordan disse kliniske problemstillinger bedre kan imødegås.
Henrik Lauridsens data fra Antarktis-ekspeditionen er endnu ikke publicerede. Studiet af isfiskenes nethinde er finansieret af US National Science Foundation, Carlsbergfondet, Velux Fonden, Dr.phil. Ragna Rask-Nielsens Grundforskningsfond og Lægefonden (A. P. Møller).
